CN110552795A - 一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法 - Google Patents

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Abstract

一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法为进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N≥1。该方法降低了喷油嘴的热负荷，提高了喷油器的可靠性和使用寿命。

Description

一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法
技术领域
本发明属于汽车发动机技术领域，具体涉及一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，适用于降低喷油嘴的热负荷、提高喷油器的可靠性和使用寿命。
背景技术
近年来，柴油微喷引燃是引燃式天然气发动机的发展趋势，一方面，由于柴油引燃式天然气发动机中引燃油量是决定发动机缸内燃烧以及排放的重要参数，引燃油量较多会使得缸内燃烧过于剧烈，对发动机结构强度以及排放产生不利影响，为了解决这一问题，需要大幅减少引燃油量甚至采用微喷引燃手段，降低缸内燃气混合气着火强度，减缓缸内燃烧，降低生成物排放，另一方面，柴油微喷引燃策略使得柴油引燃天然气发动机更具有经济优势，提高了天然气替代率。
中国专利：申请公布号CN109209656A、申请公布日2019年01月15日的发明公开了一种多次喷射和预燃室低压供气及柴油微喷引燃的天然气发动机燃烧组织方法，该方法中单向供气阀在进气冲程向预燃室喷射天然气，高压天然气喷射阀向缸内多次直接喷射天然气，在不同发动机负荷下缸内形成不同浓度梯度的混合气分层，预燃室位于气缸盖中间，喷油器在压缩上止点附近向预燃室内喷射少量柴油，柴油自燃并引燃预燃室内混合气，高温燃气从预燃室喷出点燃缸内混合气，从而实现了不同工况下天然气发动机的可靠点火和高效率、低排放燃烧，虽然该方法通过天然气多次喷射实现了缸内不同浓度梯度的混合气分层，但是该方法中微喷柴油对喷油嘴的冷却效果较差，使得喷油嘴热负荷较高，降低了对喷油器的可靠性以及使用寿命。因此，存在喷油嘴热负荷较高的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的喷油嘴热负荷较高的问题，提供一种能够降低喷油嘴热负荷的柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，所述喷射方法为：进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N≥1。
所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前15–5°CA内的任一时刻，所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为从活塞运动至上止点前5°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻，第i次喷射的时刻早于第i+1次喷射的时刻，其中，i＝1、2…N。
所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为活塞运动至上止点前2°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻。
所述第一阶段中柴油喷射总量与第二阶段中柴油喷射总量相等，所述第二阶段中的第i次柴油喷射量与第i+1次柴油喷射量相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法为进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N≥1，柴油多次喷射对喷油嘴进行冷却，从而降低了喷油嘴的热负荷，提高了喷油器的可靠性和使用寿命。因此，本发明降低了喷油嘴的热负荷，提高了喷油器的可靠性和使用寿命。
2、本发明一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法中，第二阶段的第i次喷射的时刻为活塞运动至上止点前2°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻，随着第i次喷射时刻的推迟，缸内混合气的着火强度降低，燃烧速率减缓，缸内最高燃烧温度降低，从而降低了氮氧化物的排放。因此，本发明降低了氮氧化物的排放量。
附图说明
图1为柴油微喷引燃天然气发动机喷射方法的示意图。
图2为不同发动机负荷下氮氧化物的排放量随第i次喷射时刻改变。
图3为不同发动机负荷下碳氢化物的排放量随第i次喷射时刻改变。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1，一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，所述喷射方法为：进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N≥1。
所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前15–5°CA内的任一时刻，所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为从活塞运动至上止点前5°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻，第i次喷射的时刻早于第i+1次喷射的时刻，其中，i＝1、2…N。
所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为活塞运动至上止点前2°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻。
所述第一阶段中柴油喷射总量与第二阶段中柴油喷射总量相等，所述第二阶段中的第i次柴油喷射量与第i+1次柴油喷射量相等。
本发明的原理说明如下：
柴油微喷引燃方法中过低循环喷油量大幅降低了柴油对喷嘴的冷却效果，导致喷嘴热负荷上升，对喷油器的可靠性以及使用寿命产生不利影响，目前解决这一问题的方法主要为直接增加引燃油量，强化对喷油器的冷却效果，降低喷油器热负荷，但是该方法牺牲了微喷引燃模式的柔化燃烧、降低生成物排放的优点，对发动机可靠性和后处理带来不利影响。
本发明一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法为一种针对燃油实施晚喷多次喷射的喷射方法，所述晚喷多次喷射为在保证总喷油量不变的同时，分两阶段喷射燃油，第一阶段喷射部分燃油，第二阶段喷射其余燃油，且第二阶段内燃油喷射分多次进行，第二阶段的喷射时刻相对第一阶段的喷射时刻较晚。
喷射时刻：所述喷射时刻为根据发动机工况确定的供油时刻，用发动机曲轴转角表示。
上止点：所述上止点为活塞运动到距离曲轴中心最大距离时的位置。
实施例1：
一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，所述方法按照以下步骤进行：进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N＝1，所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前10°CA，所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前5°CA，所述第一阶段、第二阶段喷射的柴油量均为5mg，所述第一阶段、第二阶段喷射柴油的压力均为110MPa，所述天然气喷射的压力为0.75MPa，所述发动机负荷为0.77MPa。
实施例2：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前2°CA。
实施例3：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点。
实施例4：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点后5°CA。
实施例5：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点后10°CA。
实施例6：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点后15°CA。
实施例7：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点后20°CA。
实施例8：
与实施例1相同，不同点在于：
所述第二阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点后90°CA。
实施例9：
与实施例1相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例10：
与实施例2相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例11：
与实施例3相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例12：
与实施例4相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例13：
与实施例5相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例14：
与实施例6相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例15：
与实施例7相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例16：
与实施例8相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.17MPa。
实施例17：
与实施例1相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例18：
与实施例2相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例19：
与实施例3相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例20：
与实施例4相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例21：
与实施例5相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例22：
与实施例6相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例23：
与实施例7相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例24：
与实施例8相同，不同点在于：
所述发动机负荷为1.83MPa。
实施例25：
与实施例4相同，不同点在于：
所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前15°CA。
实施例26：
与实施例5相同，不同点在于：
所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前5°CA。
氮氧化物、碳氢化物排放量检测
本发明为了检测不同发动机负荷下第二阶段内第i次喷射时刻对柴油微喷引燃天然气发动机中氮氧化物、碳氢化物排放量的影响，以进行柴油单次微喷引燃天然气的对比例1、对比例2、对比例3分别与实施例1–8、实施例9–16、实施例17–24相对比，分别对实施例1–24、对比例1–3中氮氧化物、碳氢化物的排放量进行检测，其中，所述对比例1中的柴油喷射时刻为活塞运动至上止点前10°CA、柴油总喷射量为10mg、柴油喷射压力为110MPa、天然气喷射压力为0.75MPa、发动机负荷为0.77MPa(图中对比例1用▲表示)，所述对比例2中的柴油喷射时刻为上止点前10°CA、柴油总喷射量为10mg、柴油喷射压力为110MPa、天然气喷射压力为0.75MPa、发动机负荷为1.17MPa(图中对比例2用●表示)，所述对比例3中的柴油喷射时刻为上止点前10°CA、柴油总喷射量为10mg、柴油喷射压力为110MPa、天然气喷射压力为0.75MPa、发动机负荷为1.83MPa(图中对比例3用■表示)，所述氮氧化物排放量的检测结果为：
从图2可以看出，相比对比例1、对比例2、对比例3，所述实施例1–8、实施例9–16、实施例17–24中第一阶段喷射时刻(主喷正时)固定不变，当第二阶段喷射时刻(晚喷正时)位于活塞运动至上止点前2°CA到活塞运动至上止点后90°CA内时，所述氮氧化物的排放量均降低，当第二阶段柴油喷射时刻为活塞运动至上止点后10°CA时，在发动机负荷为0.77MPa(低负荷)、1.83MPa(高负荷)的情况下，所述氮氧化物排放量的降低幅度达到了30％，在发动机负荷为1.17MPa(中负荷)的情况下，所述氮氧化物排放量的降低幅度达到42％，因此，本发明一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法降低了不同的发动机负荷下氮氧化物的排放量；
所述碳氢化物排放量的检测结果为：
从图3可以看出，相比对比例1、对比例2、对比例3，所述实施例1–8、实施例9–16、实施例17–24中第一阶段喷射时刻固定不变，当第二阶段喷射时刻位于活塞运动至上止点前5°CA到活塞运动至上止点后90°CA内时，所述碳氢化物的排放量提升，排放情况恶化，当第二阶段喷射时刻为活塞运动至上止点后10°CA时，在发动机负荷为0.77MPa、1.83MPa的情况下，所述碳氢化物排放量的提升幅度均达到了7％，在发动机负荷为1.17MPa的情况下，所述碳氢化物排放量的提升幅度达到了31％，虽然碳氢化物的排放恶化，但是恶化程度较小，可以通过其他技术手段消除恶化的影响。

Claims (4)

1.一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，其特征在于：
所述喷射方法为：进行柴油微喷引燃天然气时，在总喷射柴油量不变的条件下，同一活塞工作循环内分两阶段喷射柴油，第一阶段喷射的时刻早于第二阶段喷射的时刻，且第二阶段中的柴油喷射分N次进行，其中，N≥1。
2.根据权利要求1所述的一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，其特征在于：所述第一阶段喷射的时刻为活塞运动至上止点前15–5°CA内的任一时刻，所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为从活塞运动至上止点前5°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻，第i次喷射的时刻早于第i+1次喷射的时刻，其中，i＝1、2…N。
3.根据权利要求2所述的一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，其特征在于：所述第二阶段中，第i次喷射的时刻为活塞运动至上止点前2°CA到活塞运动至上止点后90°CA内的任一时刻。
4.根据权利要求1–3中任一项所述的一种柴油微喷引燃天然气发动机的喷射方法，其特征在于：所述第一阶段中柴油喷射总量与第二阶段中柴油喷射总量相等，所述第二阶段中的第i次柴油喷射量与第i+1次柴油喷射量相等。
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